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全自动驾驶技术分类及系统设备等配置要点 | 城轨技术
来源：《铁道通信信号工程技术》杂志
ATO自动驾驶技术可以细分为DTO、STO、UTO（FAO）3类，简单介绍自动驾驶的分类以及UTO模式系统设备配置要点，供全无人自动驾驶设计时参考。
肖培龙
中铁电化局设计研究院
全自动驾驶技术目前已在全国各地地铁领域逐渐推广使用，北京、上海、广州、深圳等城市已有一些使用应用经验，一些新建地铁城市也都在试用全自动无人自动驾驶技术。
全自动驾驶技术与目前常规的ATO自动驾驶技术又有哪些区别？全自动驾驶线路车辆段设备等配置又有哪些特殊要求？下面就目前国内全自动驾驶技术做一简单介绍，以供大家参考。
1 全自动驾驶技术分类
列车自动运行控制系统（Automatic Train Operation，ATO），主要用于实现“地对车控制”，即用地面信息实现对列车驱动、制动的控制，列车运行安全由列车运行自动防护系统（Automatic Train Protection，ATP）来保障。由于使用ATO子系统后，可以使列车经常处于最佳运行状态，避免了不必要的、过于剧烈的加速和减速，因此，明显提高旅客的乘车舒适度和列车准点率，减少轮轨磨损，与列车的再生制动相配合，可以节省电能的消耗。
1.1 ATO主要功能
列车区间运行自动控制（包括区间停车后再启动），完成列车的牵引、巡航、惰行和制动的控制，以较高的速度实现列车的追踪运行，确保列车达到设计运行间隔和旅行速度。
车站站台定点停车控制，精度停车误差应不大于±0.5 m。
车站通过（跳停）控制。
司机监督下的自动折返控制及自动折返时列车两端的车载设备自动转换控制。
车门开、关的监督控制，只有车门均已关闭后，才允许列车启动。
根据不同的条件选择最佳运行工况，确保列车按运行图运行，达到列车运行的自动调整和节能控制。
实现与ATS、ATP子系统的接口及信息交换。
1.2 ATO自动驾驶的分类
ATO自动驾驶可以细分为3类：STO、DTO、UTO（FAO）。
1）有司机监控自动驾驶模式STO
STO（Semi-Automatic Train Operation）方式是指列车按控制中心给定的指令自动运行、到站自动停稳并对准站台门后，自动打开车门，但关闭车门和启动列车发车运行的操作还需由司机人工确认和完成，是司机在监控列车自动运行，一旦遇突发事件，司机直接控制列车运行。
这是目前国内普遍采用的一种驾驶模式，在北京、上海、广州等城市轨道交通运营线路普遍运用，其技术已经相当成熟，并具有完善实用的应用和管理规程，满足当前在建地铁运营的要求。
2）无司机有人监视自动驾驶模式DTO
DTO（Driverless Train Operation）方式是指包括开关车门、启动列车发车在内的所有驾驶操作均由系统按控制中心指令自动完成，列车监视人员只对列车设备状况和列车运行前方环境实施监视，对设备故障和意外情况进行即时处理，不直接参与正常的列车运行控制。
目前，国内已有采用DTO驾驶模式的线路，其驾驶模式中，列车功能都是自动的。ATS根据运行时刻表在固定时间唤醒车载设备，并按ATS指令进入正线运营，其运营时间内一切功能无需司机介入（包括运营完毕后列车返回车辆综合基地自动休眠）。但需有人监控旅客上、下等情况。
3）完全无人自动驾驶模式UTO
UTO（Unattended Train Operation）或称FAO（Fully Automatic Operation）, 真正实现完全无人自动驾驶，实现区间的列车停车后的自动启动及自动运行、车站定点停车、车站自动开关车门、无人驾驶自动折返、车站停车到时自动发车、自动进库休眠、自动按时叫醒、自检发现故障自动上报及按时刻表由车库自动出发等。同时对列车设备状态进行检测，对列车各系统进行自动诊断，将列车设备状况信息及故障报警信息传送到控制中心，对各种故障和意外情况需要详细分类，并做出对应的处置预案。
目前，北京燕房线、上海10号线均采用全无人自动驾驶技术，车辆不设驾驶室（隐藏驾驶台，应急时可以打开，简单操控列车），也不设专职驾驶人员，车辆完全由计算机控制按时刻表自动运行。
2 全自动驾驶车辆段线路配置要求
全自动驾驶线路要求做到全封闭，按无人自动驾驶区进行隔离，以防闲杂人员、家畜、外来物等侵入自动运行线路，造成不必要的伤害事故。
全自动驾驶车辆基地是将正线对列车的运营控制权由车站延伸至车辆基地的自动驾驶区域，不仅需要满足车辆基地常规所具备的列车停放、整备、清洁、检测、定期检修、调试等功能，还要具备自动“唤醒”待班列车，启动列车并运行至正线。全自动驾驶车辆段应有别于有人驾驶车辆段，也要按无人自动驾驶区、有人工作区进行隔离，在两区结合部设置转换轨，利用转换轨区段进行驾驶模式转换和人工驾驶权力交接。需要人工干预的或人工检修作业的库线一般都设在无人区之外，以保障维修人员的人身安全。无人区尽量集中设置，转换轨也应尽量少设，便于系统配置和管理，且节省工程投资。传统设置的有人驾驶车辆段出入口处的转换轨，在全无人自动驾驶车辆段可以不设，改设在有人/无人分界点结合部。
无人自动驾驶停车库线、洗车线、牵出线、折返线等应考虑足够的自动驾驶时的安全保护距离，以防制动失效时车辆的安全。当库线需停靠两列车辆时，两列车的中间也要留足安全保护距离。
洗车库线可以设置成全自动洗车线，纳入无人驾驶区。也可以设置成半自动洗车线或人工洗车线，纳入有人驾驶区。具体配置视各线要求及工程投资来定。
无人自动驾驶停车库线若存在库门，则应纳入信号联锁，防止库门的随意开启影响到车辆的行驶安全。
3 车辆等系统配套要求
全自动驾驶车辆要按无人驾驶设计，取消驾驶室，隐藏简易驾驶台，增设线路障碍物检测、列车休眠、列车唤醒、综合自检、自动重启、列车蠕动、列车工况模式自动转换、远程操控、列车自动洗车（可选）等功能。每节车需配置视频监控摄像机、烟感火灾报警器、乘客运程对讲机、自动广播、紧急停车按钮、旅客信息显示屏等。火灾烟感报警器与视频监控系统联动，遇火灾突发情况，在控制中心自动报警并弹出该车厢画面，中心值班人员可以通过广播指导乘客使用运程对讲机进行沟通，了解车内的具体情况，根据实时工况确定具体处理措施。车内紧急按钮也要与视频监控系统联动，一旦有人按压（平常禁止随便乱动），则在控制中心自动弹出该车厢画面，中心值班人员通过监视判断确定是否立即停车处理。在香港、新加坡地铁，车内紧急按钮是直接接入车载信号ATP控制系统，一旦有人按压则立即停车。我国由于怕人们好奇乱按此按钮，则在规范中要求区间不停车至前方车站停车处理，防止区间救援困难。笔者认为，无人自动驾驶线路应视线路区间的长短、救援设施逃生通道等的配置、应急救援方案措施等来确定，不能千篇一律地规定都要在前方车站停靠。目前市郊线路、机场线路等有很长站间距的区间，若真的发生火灾，再到很远的前方车站停车处理，恐怕又要出韩国大邱地铁的惨剧了。
自动驾驶线路行车区域必须全部封闭，主要是目前列车在障碍物自动探测和自动识别技术上还不是非常安全可靠，还需采取被动检测技术。在车辆头部下端设置压力传感器，当遇障碍物碰撞时，被动检测到障碍物的存在，并接入信号控制系统被动停车。
全线各站站台端门必须设门禁，一般人员在列车运行期间严禁进入轨行区，停运期间也要经申请登记同意后方能进入，出轨行区后要消点登记，经行车调度确认后才能投入运营。特殊情况下，工作人员需要在白天正常运营时段内进入全自动运行区域，必须向调度人员申请，取得同意后，封锁相应的防护区域，禁止排列出入该区域的列车、调车进路，禁止该区域内的列车移动，并通知门禁系统开启相应的通道大门，工作人员才可持卡进场工作。
当夜间线路安排工程施工或维护后，第二天运营前要安排有司机监控跟车的头班车探路，防止线路上有施工遗撒物品，影响行车安全。
无人自动驾驶线路要配套旅客逃生通道，遇火灾等突发事件，可以利用逃生通道紧急疏散乘客。在启用区间紧急疏散模式时，供电系统应切断该故障车区域三轨供电及双线隧道邻线的三轨供电，防止乘客在线路上乱跑，一是防触电，二是防邻线来车造成次生灾难。逃生通道要配备应急照明、自动广播及逃生指示标识，用以引导、指示乘客有序疏散。
车辆在区间因故停车超时（时间可设定），通风空调系统应能迅速切换到事故通风模式，火灾时能迅速排除烟气、引导乘客向安全区疏散。
4 信号系统配置要求
全自动驾驶线路信号系统要按高可靠、多冗余配置，要具备列车间隔控制、超速防护、车门/站台门监控、自动开关车门/站台门、支持不同驾驶模式下列车自动控制/自动转换、列车自动定位、测速、后溜防护、零速检测、列车非正常移动的检测并实施紧急制动防护、车辆障碍物检测/脱轨检测系统接入控制、蠕动模式控制、EB紧急制动缓解、列车自动休眠、自动换醒、综合自检、自动洗车、自动出发、列车轮径自动校正、车载设备远程复位、自动对位停车、自动扣车、自动跳停、车门和站台门故障隔离、自动折返、检修人员保护开关等一系列功能。
遇突发事件，车厢内乘客按压紧急按钮时，信号系统可以提供立即停车、切断车辆牵引电源让车辆惰行、不理睬到前方车站停车或由控制中心调度值班人员直接干预停车等多种模式，供运营部门决策，在设计联络阶段最终确定具体控制方案。
全自动驾驶车辆段信号系统要按列车进路，配备与正线信号系统一致的信号设备，在全自动驾驶与有人驾驶转换轨区设信号模式转换设备，在地面设自动出发按钮，供车辆进入自动驾驶区前由司机按压，车辆则自动驾驶进入无人区。车辆段内无人自动驾驶区一般不设调车信号机，考虑特殊情况，需在无人区进行调车作业时可以简单配置调车信号，调车作业需纳入控制中心计划运行图管理，不得强行作业，以免打乱正常行车秩序。进入无人自动驾驶区进行有人驾驶调车作业，必须有配套完善的规章管理制度约束。有人作业区一般仅设调车信号，特殊情况也可以特设列车信号。
5 结语
全自动驾驶技术在我国起步较晚，相应规章制度和技术措施尚在研究制定过程中，有一些技术细节（如按压车厢内紧急按钮的处理等）还有待于进一步研究处理。希望通过此文能够引起大家共鸣，共同研究，早日确定相关技术政策，规范全无人自动驾驶设计和应用。
素材来源：中国通号/《铁道通信信号工程技术》杂志 顶图源于搜索引擎仅供参考
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